Фейнман - 06. Электродинамика (1055669), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Присоединим теперь одну из катушек — катушку а — к генератору переменного тока. Непрерывно меняющийся ток создает непрерывно меняющееся магнитное поле. Такое изменяющееся магнитное поле генерирует переменную э. д. с. во второй катушке — катушке Ь. Эта з. д. с., например, способна заставить гореть электрическую лампочку. В катушке Ь э. д. с.
меняется с частотой, конечно, равной частоте первого генератора. Но ток в катушке Ь может быть больше или меньше тока в катушке а. Ток в катушке Ь зависит от индуцированной в ней з. д. с. и от сопротивления и индуктивпости остальной части ее цепи. Эта э. д. с. моясет быть меньше э. д. с. генератора, если, скажем, изменение потока мало.
Или же э. д. с. в катушке Ь может оказаться много больше э. д. с. генератора, если на катушку Ь навить много витков, ибо в этом случае в данном магнитном поле поток через катушку будет больше. (Можно, если хотите, сказать об этом иначе — в каждом витке э. д. с. одна и та же, и поскольку полная э. д. с. равна сумме э. д. с. отдельных витков, то большое число витков в совокупности создает большую э.
д. с.) Такая комбинация двух катушек (обычно с набором железных пластинок, повышающих магнитное поле) называется п»рансфорлшп»ором. Он моя«ет «трансформировать» одну э. д. с. (называемую еще «напряжением») в другую. Эффекты индукции возникают и в одной отдельной катушке. Например, в установке, »«йображенпой на фиг. 16.5, меняю- щийся поток проходит не только через катушку д, которая зажигает лампочку, но и через катушку а. Меняющийся ток в катушке а создает меняющееся магнитное поле внутри нее самой, и поток этого поля непрерывно изменяется, так что в катушке а получается оазеоиндуцироеанная э. д.
с. Э. д. с., действующая на ток, возникает тогда, когда его собственное магнитное поле растет, или в общем случае, если его собственное поле изменяется каким угодно образом. Этот эффект называется самоиндунцией. Когда мы ввели <правило потока», утверждающее, что з. д. с. равна скорости изменения потока, мы пе определяли направление э. д. с. Существует простое правило (называемое правилом Ленца) для определения направления э.
д. сл э. д. с. стремится преплтотеоеать всякому изменению потока. Иначе говоря, направление наведенной э. д. с. всегда такое, что, если бы ток пошел в направлении э. д. с., он создал бы поток поля В, препятствующий изменению поля В, создающего эту з. д. с. Правилом Ленца можно пользоваться, чтобы найти направление э. д. с. в генераторе, показанном на фиг. 16.1, или в обмотке трансформатора (фиг. 16.3). В частности, если ток в отдельной катушке (или в любом проводе) меняется, возникает «обратная» э. д. с. в цепи. Эта з.
д. с. действует на заряды, текущие в катушке а на фиг.16.5, препятствуя измеаению магнитного поля, и поэтому направлена так, чтобы препятствовать изменению тока. Ояа стремится сохранить тоь постоянным; з. д. с. противоположна тону, когда ток увеличивается, и направлена по току, когда он уменьшается. При самоиндукции ток обладает <инерцией». потому что эффекты индукции стремятся сохранить поток постоянным точно так же, как механическая инерция стремится сохранить скорость тела неизменной. Любой большой электромагнит обладает большой самоиндукцией.
Пусть, например, к катушке болыпого электромагнита присоединена батарея (фиг. 16.6) и пусть установилось большое магнитное поле. (Ток достигает постоянной величины, Ф и е, 16.6. Вкллшеееие влектромагнита в цепь. Лампочка открнеает правое токо в момент отключали нреалоееелеил еоеникноеенню лешкам большое в.е.о. на контакелак внкмочателл. 39 ф 3.
Сгг.ггмт дейстпеУогг1ме пп теггдмг1ггургрелгые гпокы Вы, вероятно, наблюдали великолепную демонстрацию правила Ленца с помощью приспособления, изображенного на фиг, 16.7. Это электромагнит точно такой же, как катушка а на фиг, 16,5. На одном конце электромагнита помещается алюминиевое кольцо. Если с помощью переключателя подсоединить катушку к генератору переменного тока, то кольцо взлетает в воздух. Силу, конечно, порождают тони, индуцируемые в кольце.
Тот факт, что кольцо отлетает прочь, показывает, что токи в нем препятствугот изменению поля, проходящего через кольцо. Когда у магии~а северный полюс находится сверху, пндуцированный ток в кольце создает внизу северный полгос. Кольцо и катушка отталкиваются точно так же, как два магнита, прилоясенные одинаковыми полюсами. Если в кольце сделать тонкий разрез по радиусу, сила исчезает — убеднтель- теа юьико х авератонг ввренвннто 1 вюна кгзоваююю Яг и е.
гд г. героводяигее кольцо сильно отталкивается алектп ромагиитом, когда в ием меняется гиок. определяемой напряжением батареи и сопротивлением провода катугпки.) Но теперь предположим, что мы пытаемся отсоединить батарею, разомкнув выключатель.
Если бы мы на самом деле разорвали цепь, ток быстро уменьшился бы до нуля и в процессе уменыпения создал бы огромную э. д. с. В большинстве случаев такой э. д. с. оказывается вполне достаточно, чтобы образовалась вольтова дуга между разомкнутыми контактами выключателя.
Вознинающее большое напрягкение могло бы нанести вред катушке, да и вам, если бы именно вы размыкали выключатель! По этим причинам электромагниты обычно включают в цепь примерно так, как показано на фиг. 16.6. Когда переключатель разомкнут, ток не меняется быстро, а продолжает течь через лампу, оставаясь постоянным за счет э.
д. с. от самоиндукции катушки. ед и е. 16.8. Электролеагнит вблизи идеально проводягкей плоскости, ное доказательство того, что она действительно обусловлена токами в кольце. Если вместо кольца у края электромагнита поместить алюминиевый или медный диск, то и он отталкивается; индуцированные тони циркулируют в материале диска и снова вызывают отталкивание. Интересный эффект, в основе похожий на предыдущий, возникает с листом идеального проводника. В «идеальномпроводнике» ток совсем не встречает сопротивления. Поэтому возникшие в нем токи могут течь не переставая, Фактически малейшая з.
д. с. создала бы сколь угодно болыпой ток, а это на самом деле означает, что в нем вообще не может быть э. д. с. Любая попытка создать магнитный поток, проходящий сквозь такой лист, вызовет токи, образующие противоположно направленные поля  — все со сколь угодно малыми э.
д. с., так что никакого потока не будет. Если к листу идеального проводника мы поднесем электромагнит, то при включении тока в магните в листе возннказот токи ~называемые вихревыми токами), и никакой магнитный поток не пройдет. Линии поля будут иметь вид, показанный на фиг. 16.8. То же самое произойдет, если к идеальному проводнику поднести постоянный магнит. Поскольку вихревые токи создают противоположные поля, магниты от проводника отталкиваются. Поэтому оказывается возможным подвесить постоянный магнит в воздухе над листом идеального проводника, изготовленного в форме тарелки (фиг. 16.9). Магнит будет поддерживаться в воздухе эа счет отталкивания индуцированных вихревых токов в идеальном проводнике.
При обычных температурах идеальных проводников не существует, но иеко- 4$ Фиг. л6.9. Маенитная палочка отталкивается вихрев ми токами и повисает пад чашей ие сверх- проводника. торые материалы при достаточно низких температурах становятся идеальными проводниками. Так, при температуре ниже 3,8' К олово становится идеальным проводником; тогда оно называется сверхпроводником. Если проводник, показанный на фиг. 16.8, не вполне идеальный, то возникнет некоторое сопротивление течению вихревых токов.
Токи будут постепенно замирать, и магнит медленно опустится. В неидеальном проводнике, чтобы течь дальше, вихревым токам необходима некоторая э. д. с., а для возникновения з. д. с. поток должен непрерывно меняться. Поток магнитного поля постепенно проникает в проводник. В обычном проводнике имеются не только силы отталкивания за счет вихревых токов, но могут быть и боковые силы. Например, если мы передвигаем магнит над проводящей поверхностью, вихревые токи создают тормозящую силу, потому что индуцированные токи препятствуют изменению потока. Такие силы пропорциональны скорости и похооки на силы вязкости. Эти аффекты хорошо наблюдаются на приборе, изображенном на фиг. 16.10. Квадратная медная пластинка укреплена ка конце стержня, образуя маятник, Пластинка качается взад и вперед между полюсами электромагнита. Когда магнит включается, движение маятника неожиданно прекращается.
Как только металлическая пластинка попадает в зазор магнита, в ней индуцируется ток, который стремится помешать изменению потока через пластинку. Если бы пластинка была идеальным проводником, токи были бы столь велики, что они снова вытолкнули бы пластинку и она отскочила бы назад. В медной же пластинке имеется некоторое сопротивление, поэтому токи сначала заставляют пластинку почти намертво застыть, когда она начинает входить в поле. Затем, по мере того как токи замирают, пластинка продолжает медленно двигаться в магнитном поле и останавливается совсем.
Схема вихревых токов в медном маятнике поясняется фиг. 16.11. Сила и расположение токов весьма чувствительны к форме пластинки. Если, скажем, вместо медной пластинки взять другую, в которой имеется ряд узких щелей (фиг. 16 12), то аффекты вихревых токов сильно уменьшатся.
Маятник про- сриг. 1С.10. Тормотение маятника укаеиеоет на силы, еовникатогие благодаря вихревым токам. ходит сквозь магнитное поле лишь с небольшой тормозящей силой. Причина в том, что токи в каждой части пластинки возбуждаются меньшими по величине потоками н, следовательно, эффекты сопротивлениякаждой петли оказываются большими. Чем меньше токи, тем меньше и торможение. Вязкий характер силы проявит- Ва атрея ся еще более наглядно, если медную пластинку поместить между поляосами магнита и затем отпустить ее.
Пластинка не падает, она просто медленно опускается. Вихревые токи оказывают сильное сопротивление движению, точь-в-точь как вязкое сопротивление меда. Если мы не будем протаскивать проводник мимо магнита, а попробуем вращать его в магнитном поле, то в нем в результате тех же эффектов воаникнет тормозящий момент. И наоборот, если вращать магнит, меняя местами его полюса, вблизи проводящей плоскости или кольца, то кольцо повернется за магнитом, токи в кольце создадут мо- ивра вне мент, стремящийся повернуть а кольцо вместе с магнитом.
сэ и в. лб.11. Вихревые токи е .иедном маятнике. Ф и в. ХЗ,1Х. Э««Фонти опь еинрвеик токов сильно снижаются, если в пластинке нрорееать квела, Поле, весьма похожее на поле вращающегося магнита можно создать с помощью устройства из катушек (фиг. 16ЛЗ). Мы берем железный тор (т. е. железное кольцо в виде бублика) и наматываем на него шесть катушек. Направив ток так, как показано на фиг. 16.13, а, через обмотки 1 и 4, мы получим магнитное поле в направлении, указанном стрелками. Если мы теперь перекл1очим ток на обмотки 2 и б, то магнитное поле будет направлено увке по-другому (фиг. 16.13, б).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
